Ein Leitfaden zur Auswahl von Schneidwerkzeugen:Eisen- und Nichteisenmetalle

Spielt es eine Rolle, ob ein Metallbearbeitungsmaterial eisenhaltig oder nicht eisenhaltig ist? Der wichtigste Faktor ist, zu verstehen, wie ein Material mit Ihren Schneidwerkzeugen in Ihren Maschinen funktioniert – und das ist wichtig, finden Sie Werkzeughersteller mit Kenntnissen in der Metallurgie. Erfahren Sie, was Sie über die wichtigsten Unterschiede bei Metallarten für die Bearbeitung wissen müssen.

Fragen Sie einen Maschinisten, das Wort „Eisen“ zu definieren, und Sie werden wahrscheinlich die gleiche Antwort hören:Eisenmetalle sind diejenigen, die rosten – Kohlenstoffstahl, Gusseisen, Werkzeugstahl und so weiter. Obwohl diese Aussage wahr ist, ist sie unvollständig, da die metallurgische Definition sowohl spezifischer ist als auch eine viel breitere Palette von Metallen umfasst.

„Einfach ausgedrückt, Eisenwerkstoffe enthalten Eisen“, sagt Aaron Schade, Programmmanager des Knowledge Center Americas von Kennametal. „Das schließt natürlich Gusseisen und Stahl ein, aber Sie betrachten auch Metalle, die normalerweise nicht rosten, wie Edelstahl und die meisten Superlegierungen.“

Aber anders betrachtet umfasst die Gruppe der Nichteisenmetalle Aluminium, Kupfer, Messing, Kunststoff und Verbundwerkstoffe, und alles, was nicht in dieser Gruppe ist, kann als Eisen klassifiziert werden. Aber ob Eisen- oder Nichteisenmetalle, beide enthalten eine große Vielfalt an Materialien, die eine Vielzahl unterschiedlicher Konstruktionsmerkmale, Geschwindigkeiten und Vorschübe erfordern, erklärt Schade.

Ein Purist könnte argumentieren, dass viele Aluminiumlegierungen und sogar einige Kupfer- und Bronzelegierungen daher eisenhaltig sind, weil diese auch geringe Mengen an Eisen enthalten. Aber das ist wahrscheinlich eine zu starke Vereinfachung. Es kommt nicht nur darauf an, ob Eisen vorhanden ist, sondern auf die Menge an Eisen, stellt Schade fest.

Nichteisenmetalle enthalten keine Eisenbasis oder überhaupt nennenswerte Mengen an Eisen. Zum Beispiel enthält Edelstahl 316 ungefähr 62 bis 72 Prozent Eisen; Inconel 718 ist eine Nickelbasis, enthält aber immer noch 17 Prozent Eisen und 6061-T6 Aluminium enthält nur maximal 0,7 Prozent Eisen. Deshalb sagt Schade, es sei schwierig, pauschale Aussagen zu einem so tief technischen Thema zu machen.

„Wichtiger ist es, herauszufinden, welche Werkzeuge für ein bestimmtes Material am besten geeignet sind, unabhängig von seiner Nomenklatur“, sagt Schade.

Binky Sargent, Leiter der Materialanalyse bei Kennametal, stimmt zu. „Ob Eisen oder Nichteisen, Edelstahl 304 oder 6061-T6, das Wichtigste ist, wie das Schneidwerkzeug mit dem Material interagiert“, sagt sie. „Sie müssen wissen, wie der Span entsteht und wie er am effektivsten aus der Arbeitszone entfernt wird, welche Auswirkungen die thermischen und chemischen Eigenschaften des Materials auf das Werkzeug haben und wie sich die Form des Teilmerkmals in Bezug auf Form und Geometrie auswirkt des Schneiders.“

Im Wesentlichen hängt die richtige Werkzeugauswahl von weit mehr als der metallurgischen Klassifizierung des Werkstückmaterials ab.

Eisen- und Nichteisenmetalle:Auswahl des richtigen Schneidwerkzeugs

Kennametal und andere Hersteller von Schneidwerkzeugen vermeiden „Eisen vs. Nichteisen“ und stützen ihre Materialgruppen stattdessen auf metallurgische Eigenschaften wie Härte, Festigkeit, Duktilität, Wärmeleitfähigkeit und chemische Zusammensetzung. Es sind diese Attribute, die bestimmen, welches Schneidwerkzeug für die Bearbeitung eines bestimmten Materials am effektivsten ist und wie es am besten angewendet wird. Die folgende Liste beschreibt alle Kategorien von Kennametal zusammen mit einigen grundlegenden Richtlinien zur Auswahl von Schneidwerkzeugen:

Stahl :P1 – P6

Kohlenstoffarme Stähle wie 1018 und A36 fallen in die Kategorie P1, während P6 PH (Ausscheidungshärtung) und rostfreie Stähle der Serie 400 (440C, 15-5 und 17-4, um nur einige zu nennen) umfasst. Dazwischen liegen die Werkzeugstähle (D2, S7), Formstähle (P20) und diverse legierte Stähle (4340, 8620, etc.). Im Allgemeinen funktioniert ein mit Aluminiumoxid beschichtetes Hartmetallwerkzeug mit positivem Spanwinkel gut auf den weicheren P1- und P2-Metallen, während eines mit größerer Kantenvorbereitung (denken Sie an K-Fans) und einem negativeren Spanwinkel mit zunehmender Härte bevorzugt wird.

Edelstahl:M1 – M3

Im Gegensatz zu den ferritischen und martensitischen Edelstählen der P-Gruppe sind die Edelstähle vom Typ M1 und M2 austenitisch (was bedeutet, dass sie eine kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur haben), während die Duplex-M3-Stähle (Nitronic ist eine) zweiphasig sind Mikrostruktur, die Ferrite enthält, was sie sehr zäh macht. Edel- und Duplexstähle enthalten außerdem mindestens 10,5 Prozent Chrom sowie Nickel und andere herausfordernde Elemente. Verwenden Sie in der Regel ein CVD-beschichtetes Werkzeug mit positivem Spanwinkel und minimaler Kantenvorbereitung, moderaten Vorschüben und geringeren Schnitttiefen.

Benötigen Sie Hilfe bei der Bearbeitung von Nickel? Lesen Sie „ 5 Metallschneidspitzen für hochtemperaturbeständige Legierungen auf Nickelbasis .“

Gusseisen:K1 – K3

Eisen ist in allem zu finden, von Kanaldeckeln, die K1 oder Grauguss verwenden, über Bremsscheiben, die CGI oder verdichtetes Graphiteisen, ein K2-Metall, verwenden, bis hin zu den Schraubstöcken, die in den Bearbeitungszentren der Werkstatt zu finden sind. Schraubstöcke verwenden ein duktiles Eisen der Klasse K3, das auch unter dem Handelsnamen „Dura-Bar“ bekannt ist. Alle Eisen sind kurzspanend und abrasiv, was Keramik- und PCBN-Schneidwerkzeuge mit flacher Oberseite (Null bis negativer Spanwinkel) zur ersten Wahl macht. CVD-beschichtetes Hartmetall leistet bei allen Eisen bis auf die härtesten Eisen gute Arbeit.

Nichteisenhaltig:N1 – N7

Wie Schade von Kennametal betont, sind Nichteisenmetalle alle Materialien, die kein Eisen enthalten – meistens. Die Bezeichnungen N1 bis N3 umfassen alle Aluminiumsorten vom allgegenwärtigen 6061-T6 bis zum eutektischen und sehr abrasiven Al-12Si.

N4 steht für Legierungen auf Kupfer-, Messing- und Zinkbasis, was eine ansehnliche Liste von größtenteils freibearbeitbaren Metallen darstellt. N5, obwohl N7 alles enthält, von Kunststoff und Gummi bis hin zu Graphit und CFK.

Aus Sicht des Schneidwerkzeugs lassen sich die meisten dieser Materialien gut mit einem hochpositiven, normalerweise unbeschichteten Hartmetall- oder PKD- oder polykristallinen Diamanteinsatz bearbeiten, obwohl weiche Kunststoffe und Gummis am besten mit einem sehr scharfen HSS-Werkzeugeinsatz geschnitten werden können.

Superlegierungen:S1 – S4

Wie der Name schon sagt, gehören die Hochtemperaturlegierungen der S-Serie zu den am schwierigsten zu bearbeitenden Materialien und umfassen:

• S1:A286, auf Eisenbasis oder S1-Legierung
• S2:Stellit, das Kobalt enthält
• S3:Inconel 625 und Monel sind Superlegierungen mit hohem Nickelanteil
• S4:Titan wie Ti6Al-4V ist das am häufigsten verwendete Material

Lange, faserige Späne sind die Regel, ebenso Schnitttiefenkerben, Kaltverfestigungs- und Aufbauschneiden. Es werden scharfe Schneidwerkzeuge mit positivem Spanwinkel benötigt, zusammen mit langsameren Schnittgeschwindigkeiten und einem starren Aufbau. Ziehen Sie für eine höhere Produktivität keramische Schneidwerkzeuge in Betracht, mit Ausnahme von Titan aufgrund seiner chemischen Reaktivität.

Gehärtete Materialien:H1 – H4

Nachdem Werkzeugstahl, pH-Edelstahl und Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt durch Wärmebehandlung gehärtet wurden, ist es oft erforderlich, von einem Hartmetall-Schneidwerkzeug auf eines aus Keramik oder „PCBN“, was für polykristallines kubisches Bornitrid steht, umzusteigen.

Schnitttiefen und Schnittgeschwindigkeiten müssen ebenfalls reduziert werden, um die extreme Verschleißfestigkeit und Abrasivität von gehärteten H1- (bis zu 48 HRC) bis H4- (größer als 60 HRC) Materialien zu mindern. Wie bei Superlegierungen gilt:Je steifer der Aufbau, desto besser.

Kriterien für die Auswahl von Schneidwerkzeugen sind bei allen Werkzeugherstellern ähnlich

Brian Hoefler, Corporate Application Engineer für Seco Tools und Sandvik Machining Solutions, verwendet etwas andere Materialbeschreibungen als Kennametal, aber die grundlegenden Kriterien für die Auswahl von Schneidwerkzeugen sind dieselben.

„Die Bearbeitbarkeit jedes Materials hängt weitgehend von seiner Mikrostruktur, der Wärmeleitfähigkeit, dem Kohlenstoffgehalt, dem Vorhandensein von Legierungselementen wie Molybdän und Wolfram und einer ganzen Reihe anderer Variablen ab“, sagt Hoefler.

Letztendlich hängt die Auswahl des richtigen Werkzeugs in der Regel davon ab, welches Schneidwerkzeugmaterial, welche Geometrie und welche Beschichtung die metallurgischen Bindungen des Werkstückmaterials am effektivsten aufbrechen und gleichzeitig der während der Bearbeitung entstehenden Hitze und Abrasivität standhalten.

„Im Zweifelsfall wenden Sie sich an einen sachkundigen Lieferanten von Schneidwerkzeugen, um Hilfe zu erhalten“, sagt Hoefler. „Egal, was Sie schneiden, die Chancen stehen sehr gut, dass es eine produktive, kostengünstige Lösung gibt.“

Wie gut kennen Sie die Metallzusammensetzung der Materialien, die Sie schneiden? Teilen Sie es mit Ihren Kollegen.